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X射线元素分析原理

来源:X射线荧光光谱分析 化学工业出版社作者:罗立强 詹秀春浏览数:1009 

X射线元素分析原理

  • 导语
  • X射线是一种波长教短的电磁辐射,通常是指能量范围在0.1~100keV的光子。X射线与物质的相互作用主要由荧光、吸收和散射三种。X射线荧光是由物质中的组成元素受激产生的特征辐射。通过测量和分析样本产生的X射线荧光,即可获知样品中元素组成,得到物质成本的定性和定量信息。

  • 特征X射线的产生
  • 当用高能电子束照射物质时,入社高能电子被物质组成元素中的电子减速,这种带点粒子的负加速度产生宽带的连续X射线谱,简称为连续谱或韧致辐射

    另外,化学元素受到高能光子或粒子的照射,内层电子被激发,则当外层电子跃迁时,就会放射出特征X射线。特征X射线是一种分离的不连续谱。如果激发光源为X射线,则受激发产生的X射线成为二次X射线或X射线荧光。

    图1显示了特征X射线的产生过程。当入射X射线撞击原子钟的电子时,如光子能量大于电子的电子束缚,电子就会被击。这一相互作用被称为光电效应,被击出的电子成为光子。通过研究电子光电效应可以获得关于原子结构和成键状态的信息。在一过程中,如入射光束的能量大的足以击出原子中的内层电子,就会在原子的内壳中产生空穴,这时的原子处于非稳定状态,外层电子会从高能轨道跃迁到低能轨道来充填轨道空穴,多余的能量就会以X涉嫌的形式释放,原子恢复到稳态。如果空穴K/L/M/N壳层产生,就会相应产生K/L/M/N系X射线

    图1特征X射线产生过程

  • 应用特征X射线进行元素分析
  • 元素受激发后辐射出的X射线光子的能量等于受激发院子中过渡电子在初始能态和最终的能量差别,发射的X射线光子能量与该特定元素的电子能态差成正比,及遵循能量方程:

    E=hv

    式中,E为光子能量;v为射线频率;h为普朗克常数。光子能量与波长的关系为:


    受激元素辐射出的能量与该特定元素的轨道能级差直接相关,与原子序数的二次成正比:

    此即Moseley定律。式中,Z为原子序数,k,σ均为特性常数,随L/L/M/N等谱系而定。

    X射线荧光来源于样本组成的特征辐射,通过测定和分析X射线的能量或波长,即可获知其为何种元素,故可以用来识别物质组成,定量分析物质中的元素含量。

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